一種用于地質(zhì)雷達層析探測的直射線追蹤算法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于地質(zhì)雷達層析探測的直射線追蹤算法，屬于地球物理反演算法領(lǐng)域，該方法包括如下步驟：建立平面直角相對坐標系；對剖面進行網(wǎng)格劃分與編號；確定各網(wǎng)格的左右標點坐標；確定發(fā)射點與接收點的坐標；計算射線參數(shù)；計算射線在各網(wǎng)格內(nèi)的長度；檢驗計算結(jié)果；將計算結(jié)果進行稀疏存儲。本發(fā)明根據(jù)射線的左右截距與斜率三個參數(shù)追蹤射線走向，只需計算射線經(jīng)過的網(wǎng)格，相比傳統(tǒng)算法遍歷所有網(wǎng)格，大大降低了對內(nèi)存和時間的消耗，提高了算法的效率與精度，最后將計算結(jié)果以稀疏格式存儲，可節(jié)省存儲空間并直觀顯示射線的分布狀況。
【專利說明】一種用于地質(zhì)雷達層析探測的直射線追蹤算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地球物理反演算法領(lǐng)域，涉及一種用于地質(zhì)雷達層析探測的直射線追蹤算法。
【背景技術(shù)】
[0002]地質(zhì)雷達技術(shù)是一種快速、無損、高效的地球物理探測技術(shù)，近年來在礦井的應(yīng)用逐漸增多，如煤礦含水層、陷落柱、裂隙帶和瓦斯突出等災(zāi)害隱患的探測。目前地質(zhì)雷達主要采用反射回波技術(shù)，探測深度局限于30-50米。由于現(xiàn)代化礦井回采區(qū)巷道之間的距離往往大于200米，使得地質(zhì)雷達在探測采煤工作面內(nèi)災(zāi)害源時無法達到所需要的探測深度。
[0003]層析探測技術(shù)是地質(zhì)雷達領(lǐng)域一個新的方向，通過采集直達波的走時或能量進行反演計算，得到探測剖面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，探測距離可達到反射回波技術(shù)的2倍以上。反演計算的實質(zhì)是求解一個矩陣方程組，其系數(shù)矩陣為射線在剖面離散化后的網(wǎng)格模型中各個網(wǎng)格內(nèi)的長度。因此，射線追蹤結(jié)果的精度與反演計算的精度密切相關(guān)。傳統(tǒng)的射線追蹤算法是針對每一條射線，均遍歷整個網(wǎng)格模型，由于網(wǎng)格數(shù)目眾多，并且每條射線經(jīng)過的網(wǎng)格個數(shù)占整個模型的網(wǎng)格個數(shù)的比例很小，射線在大多數(shù)網(wǎng)格內(nèi)的長度均為0，導致算法不僅存儲量大、計算耗時長，并且效率很低。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有射線追蹤算法存儲量大、計算耗時長，并且效率很低的缺點而提供一種用于地質(zhì)雷達層析探測的直射線追蹤算法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種用于地質(zhì)雷達層析探測的直射線追蹤算法,具體包括:
51、建立平面直角相對坐標系:將地質(zhì)雷達探測到的剖面全部置于坐標系的第一象限，其中層析探測方向平行于Z軸，測線方向平行于_7軸；坐標軸原點位于剖面頂點；層析探測垂直距離為4，剖面的測線長度為Ζ,，則剖面的四個端點的坐標分別為(0，O), {Lx,O), (O, L〉, {Lx, L》；
52、對剖面進行網(wǎng)格劃分與編號:在剖面內(nèi)繪制邊長為D的正方形網(wǎng)格，以坐標軸原點處的網(wǎng)格為起始，編號為I ;進一步的以^軸方向為行，軸方向為列，逐行依次編號，從而將剖面劃分為#個網(wǎng)格；
53、確定各網(wǎng)格的左右標點坐標:將網(wǎng)格4個頂點中ymJt)的頂點確定為左標點，Cr-，YmJ的頂點確定為右標點，第i個網(wǎng)格的左標點的坐標記為Ori, 7λ.)，第i個網(wǎng)格的右標點的坐標記為irx” ryt) , i=l, 2，— ,N ；
54、確定發(fā)射點與接收點的坐標:根據(jù)發(fā)射點、接收點與探測剖面的相對位置，確定發(fā)射點、接收點在坐標系中的位置，發(fā)射點坐標記為7>,)，接收點坐標記為Ofer, Re)；進一步的定位射線的發(fā)射點所在的網(wǎng)格編號/^與接收點所在的網(wǎng)格編號;S5、計算射線參數(shù)-Ji1= {Rey - Trr) / {Rex - Trx)，k2 =
【權(quán)利要求】
1.一種用于地質(zhì)雷達層析探測的直射線追蹤算法，其特征在于，所述方法包含如下步驟: 建立平面直角相對坐標系:將地質(zhì)雷達探測到的剖面全部置于坐標系的第一象限，其中層析探測方向平行于Z軸，測線方向平行于_7軸；坐標軸原點位于剖面頂點；層析探測垂直距離為4，剖面的測線長度為Z,，則剖面的四個端點的坐標分別為(O，O), {Lx, O), (O,y)，(Ζχ，; 51、對剖面進行網(wǎng)格劃分與編號:在剖面內(nèi)繪制邊長為D的正方形網(wǎng)格，以坐標軸原點處的網(wǎng)格為起始，編號為I ;進一步的以Z軸方向為行，軸方向為列，逐行依次編號，從而將剖面劃分為#個網(wǎng)格； 52、確定各網(wǎng)格的左右標點坐標:將網(wǎng)格4個頂點中、xmin,ymin)的頂點確定為左標點，Cr-，y,J的頂點確定為右標點，第i個網(wǎng)格的左標點的坐標記為Ori, 7λ.)，第i個網(wǎng)格的右標點的坐標記為irx” ryt) , i=l, 2，— ,N ； 53、確定發(fā)射點與接收點的坐標:根據(jù)發(fā)射點、接收點與探測剖面的相對位置，確定發(fā)射點、接收點在坐標系中的位置，發(fā)射點坐標記為7>,)，接收點坐標記為Ofer, Re)；進一步的定位射線的發(fā)射點所在的網(wǎng)格編號/^與接收點所在的網(wǎng)格編號;
54、計算射線參數(shù)-Ji1= {Rey - Try) / {Rex - Trx), k2 =

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SI中的剖面為二維矩形剖面。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中的發(fā)射點的橫坐標均為0，接收點的橫坐標均為4。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中定位發(fā)射點所在的網(wǎng)格編號Tl1的方法為:
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中定位接收點所在的網(wǎng)格編號n2的方法為:
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S6中計算之=O的射線在各網(wǎng)格內(nèi)的長度的方法為:若/?,≤/?，射線在網(wǎng)格編號在[/?,，n2]范圍的網(wǎng)格內(nèi)的長度均為D ;若射線在網(wǎng)格編號在[/?, Jij]范圍的網(wǎng)格內(nèi)的長度均為D ;其他網(wǎng)格內(nèi)的長度均為O。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S6中計算之^O的射線在各網(wǎng)格內(nèi)的長度的方法為:.561、計算射線與網(wǎng)格左邊界所在直線的交點的縱坐標力，根據(jù)公式:4=?-?計算左截距 .562、計算射線與網(wǎng)格/7,右邊界所在直線的交點的縱坐標&，根據(jù)公式:計算右截距4; .563、根據(jù)如下公式計算射線在網(wǎng)格內(nèi)的長度:
【文檔編號】G01V7/02GK104020508SQ201410265945
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】楊峰, 杜翠, 鄭晶, 彭猛, 張媛媛, 劉童, 陳愛梅 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)